Nouveaux concepts de traitement par aligneurs : le système Orthocaps

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1 Orthod Fr 2014;85: c EDP Sciences, SFODF, 2014 DOI: /orthodfr/ Disponible en ligne sur : Article original Nouveaux concepts de traitement par aligneurs : le système Orthocaps Wajeeh KHAN* Traduit par Sophie ROZENCWEIG An der Bewer 8, D Hamm, Allemagne (Reçu le 2 février 2014, accepté le 13 février 2014) MOTS CLÉS : CFAO / Interface dent-aligneur / Mecanotransduction / Aligneurs / Prototypage rapide / Patins de friction RÉSUMÉ Déplacer les dents avec les aligneurs représente un défi, tout comme celui d utiliser d autres appareils amovibles. Les limites mécaniques des aligneurs peuvent être en partie contrecarrées par l augmentation de l adhérence de la gouttière sur les dents, mais également en choisissant, pour leur fabrication, des matériaux en fonction de leur module d élasticité. On peut obtenir des résultats tout à fait satisfaisants pour des patients en recherche d une alternative à l appareil multiattache, à la fois esthétique et confortable, si l on établit un plan de traitement adapté et que l on sélectionne des auxiliaires adéquats. Les caractéristiques spécifiques au système Orthocaps sont l utilisation de matières thermoplastiques élastiques, le recours à un scanner de grande précision, le thermoformage sous haute pression, des auxiliaires au design unique (patins de friction). Des setups interactifs en 3D sont également utilisés pour permettre à la fois l échange avec le praticien concernant la planification de traitement puis son approbation, mais également la réévaluation à intervalles réguliers en cours de traitement KEYWORDS: CAD-CAM / Aligner-tooth interface / Mechanotransduction / Aligners / Rapid prototyping / Friction pads ABSTRACT New Concepts in Aligner Therapy with the Orthocaps System. Orthodontic tooth movement with aligners poses challenges peculiar to removable appliances. The mechanical limitations of aligners can be overcome, to some extent, by increasing the aligner grip on teeth as well as by choosing elastic materials in their fabrication. Sound planning together with the use of auxiliaries can result in obtaining satisfactory results for the patients who seek an aesthetically pleasing and comfortable alternative to fixed appliance systems. The salient features of the Orthocaps System are the use of elastic thermoplastics, precision scanning, high pressure thermoforming, 3D interactive set-ups for treatment planning and approval, treatment evaluation at regular intervals during treatment and a unique attachment design (friction pads). 1. Historique Les gouttières ont été utilisées en orthodontie depuis plus de 90 ans. Au tout début, elles étaient conçues comme des positionneurs, un seul appareil présentant les emplacements pour recevoir aussi bien les dents maxillaires que les dents mandibulaires. Remensnyder a décrit dès 1923 un appareil en caoutchouc à effet massant que, plus tard, il fait * Auteur pour correspondance : wajeehkhan@orthocaps.com breveter comme «appareil orthodontique» pour déplacement dentaire mineur [11]. En 1945, Kesling publie, dans l American Journal of Orthodontics and Oral Surgery, un article qui fait date, intitulé «La Philosophie de l appareil de positionnement dentaire» [4]. Dans cet article, Kesling décrit la fabrication d un set-up réalisé à partir d un moulage en plâtre dont les dents sont coupées et repositionnées dans de la cire sur la base du modèle. Le «positionneur» est alors réalisé sous la forme d un Article publié par EDP Sciences

2 254 Orthod Fr 2014;85: négatif du modèle qui a été créé après repositionnement des dents dans la cire. Kesling fait breveter cet appareil en Il mentionne déjà le fait que plusieurs appareils de ce type pourraient être utilisés successivement pour déplacer les dents si l étendue du mouvement dépassait la capacité d un seul appareil. McNamara, Ponitz, Nahoum, Sheridan, Rinchuse et d autres auteurs ont également décrit l utilisation de gouttières de déplacement dentaire ayant la forme des aligneurs d aujourd hui [7 9, 12, 13]. Tout comme l utilisation de la CFAO est devenue courante en dentisterie dans les années 1990, les scanners numériques 3D et la technologie de prototypage rapide sont également utilisés pour la fabrication de gouttières. Dès 1983, François Duret utiliselatechniquedecfaopourconstruiredesunités prothétiques [2]. En 1996, des chercheurs comme Alcaniz et Hemayed [1, 3] décrivent séparément, et de façon détaillée, l utilisation des techniques de CFAO pour créer des set-ups informatisés et un prototypage rapide (PR) des modèles à des fins diagnostiques et thérapeutiques en orthodontie. En 1998, Align Technology Inc. (États-Unis) commercialise des gouttières réalisées grâce aux techniques de CFAO. Bien que le système Invisalign R soit le plus populaire, certaines sociétés comme Clear Correct Inc. (États-Unis) et Ortho Caps GmbH (Allemagne), ou d autres encore, proposent des alternatives au système Invisalign R. 2. La biomécanique des aligneurs La mécanotransduction (transmission de la force) des forces orthodontiques déclenche une réaction tissulaire qui se traduit par un déplacement dentaire [10]. Pour les dents et les tissus environnants, il n y a pas de différence entre les forces générées par les aligneurs ou par tout autre type d appareils. La qualité et la quantité de déplacement orthodontique dépendent du système de force qui est utilisé, notamment l intensité de la force, sa durée, la biomécanique et la réponse des tissus sous-jacents [6]. Il est donc impératif qu à la fois la conception de ces appareils, les propriétés du matériau thermoplastique, mais également la qualité de l interface entre la dent et l aligneur soient propices à la création d un système de forces qui assure un déplacement dentaire efficace et contrôlé. 3. La conception de l aligneur Les aligneurs sont des appareils amovibles. Ils présentent intrinsèquement, de ce fait, des inconvénients par rapport aux appareils fixes. L interface aligneur-dent est mécaniquement moins efficace pour transmettre les forces orthodontiques aux tissus environnants tels que l os et le ligament desmodontal. Afin de remédier à cet inconvénient, il est important que l aligneur soit conçu de façon à, d une part, présenter une bonne adhérence sur les dents, d autre part, créer une surface de contact maximale avec les dents par l adjonction de dispositifs annexes. 4. Les propriétés du matériau thermoplastique Il existe une grande variété de matériaux thermoplastiques disponibles pour la fabrication des aligneurs. Ces matériaux diffèrent non seulement dans leur composition et leur apparence, mais également dans leurs propriétés, comme par exemple l élasticité, paramètre essentiel pour le déplacement dentaire. Le choix du matériau dépend essentiellement du type et de la quantité de déplacement, du niveau de force requis et de l état de santé des tissus sous-jacents. L élasticité est surtout utile pour conserver la forme initiale des aligneurs lors de l insertion et du retrait de l appareil. La déformation que subissent les aligneurs, lorsque les patients les insèrent ou les retirent, est principalement liée à la divergence des axes dentaires. L élasticité est également d une grande importance pour la qualité du déplacement dentaire puisque les matériaux élastiques génèrent relativement moins de force à la déflection, ont un champ d activation et une capacité de contrôle supérieure, présentent une meilleure adaptation par rapport aux matériaux non élastiques. 5. L interface dent-aligneur Comme mentionné ci-dessus, afin de transmettre une force le plus efficacement possible, il est important de créer une interface (zone de contact) qui permette la transmission de la force soit : a) sans perte d intensité, b) sans altération de contrôle directionnel, ou sans ces deux paramètres simultanément. Ceci nécessite non seulement que l aligneur soit parfaitement ajusté, mais également que la surface des dents et des zones inter-dentaires soit reproduite avec la plus grande précision au niveau des

3 KHAN W. Nouveaux concepts de traitement par aligneurs : le système Orthocaps 255 modèles utilisés pour la fabrication de gouttières. Les aligneurs, fabriqués sur des modèles ainsi réalisés, pourront être suffisamment ajustés aux dents pour que l adhérence soit bonne. 6. Le système Orthocaps Le système Orthocaps est conçu pour résoudre les problèmes de fond que de nombreux aligneurs présentent, à savoir, les difficultés à transmettre une force sans perte mécanique, sans contrôle adéquat. Le contrôle étant la capacité de générer des forces permettant une mobilisation précise des dents dans les six degrés de la liberté (x, y, z - axes translation et x, y, z - axes de rotation) dans les trois dimensions de l espace. C est pour cette raison que le système Orthocaps met l accent sur l utilisation de matériaux élastiques [5]. Le système Orthocaps (TwinAligner R )utilise également deux types de gouttières (un aligneur pour la journée et un pour la nuit) pour chacune des étapes, et ce tout au long du traitement. Cette technique permet de générer des forces optimales, en sélectionnant différentes épaisseurs de matériaux élastiques, selon le type de gouttières (de nuit ou de journée : DayCaps / NightCaps). Un portail internet permet aux cliniciens de soumettre leurs plans de traitement, mais également de rester en communication avec Orthocaps tout au long du traitement. Il s agit de la principale plateforme de communication entre les cliniciens et le laboratoire. Tous les traitements sont effectués en huit phases. La prise d une empreinte après l achèvement de chacune des phases de traitement est systématique, pour mesurer l efficacité, mais aussi pour générer un rapport d évaluation de traitement pour le clinicien. Gain d espace En plus du recours aux extractions, le stripping amélaire interdentaire est régulièrement utilisé pour permettre le nivèlement. La quantité de stripping peut être spécifiée par le clinicien. La limite fixée par Orthocaps est de 0,25 mm par surface dentaire. Il a été montré par Zachrisson que cette quantité de stripping n affecte ni les dents ni les tissus environnants [14]. Limites Les limites de la technique sont les traitements des décalages squelettiques de certaines rotations Vides Les vides créés par le point de pression sont contreproductifs Figure 1 Vides créés par les points de pression. (prémolaires et canines), car la correction d une rotation de 45 degrés, ou plus, peut nécessiter la réalisation de plusieurs gouttières à elle seule, rendant le système peu adapté. L ingression de dents antérieures peut être réalisée de manière efficace, alors que l égression est plus difficile et nécessite l utilisation de taquets de façon systématique. Le mouvement de translation est possible mais est beaucoup plus lent (plus d étapes) qu avec un appareil multiattache, rendant la technique insuffisamment efficace ; la question sur le rapport coût / bénéfice doit dans ce cas être posée. 7. La conception de l aligneur Pour le système Orthocaps, un ajustement «au plus près» est d une importance primordiale. Lors de la conception d un aligneur, les dispositifs annexes, comme les points de pression, les encoches, les surépaisseurs, les butées ou autres structures comme les power ridges entre autres, utilisés par certains systèmes pour appliquer la force sur une zone précise de la surface coronaire, nous semblent être contre-productifs. Ces ajouts, en créant des vides (Fig. 1) entre les dents et les gouttières, réduisent l adhérence des gouttières sur les dents. La principale caractéristique de conception des aligneurs Orthocaps est de totalement encapuchonner les dents. La surface de contact, entre les dents et la couche interne souple et plus élastique que la coque externe plus rigide de l aligneur, est ainsi rendue maximale. Afin d obtenir un ajustage précis de l aligneur, un système de balayage optique haut de gamme est utilisé pour scanner les empreintes réalisées en polyvinyle siloxane (PVS).

4 256 Orthod Fr 2014;85: Figure 2 Différence de module d élasticité des matériaux. La capacité du processus de numérisation de scanner, de façon minutieuse, les espaces interdentaires, même dans des cas d encombrement sévère avec des dents qui se chevauchent, est absolument essentielle. Quasiment aucun scanner intra-buccal ni scanner dentaire bas de gamme ne permettent d obtenir une résolution suffisamment fine pour produire des modèles avec ce degré de précision. Les techniques de thermoformage sous haute pression permettent au matériau de l aligneur de s immiscer dans les espaces interdentaires, ce qui accroît la surface de contact aligneur-dents. 8. Les matériaux thermoplastiques L élasticité du matériau est la propriété la plus importante pour l exécution de mouvements dentaires contrôlés. C est la déformation élastique des matériaux de l aligneur qui génère la force nécessaire au déplacement. Les matériaux élastiques peuvent être défléchis ou déformés dans une certaine mesure, sans perdre leur forme ou leur contour initial. Cette déformation est générée par la différence entre la position réelle des dents du patient et celle construite par le set-up. Si le matériau est suffisamment élastique, l aligneur reprend totalement sa forme initiale lors du retrait. Cela signifie que l aligneur reste actif et continue à délivrer ses forces tant qu il reprend sa forme de départ. À l inverse, les matériaux non élastiques et rigides subissent une déformation plastique (Fig. 2), même à des niveaux inférieurs de déflection (de contrainte) ; ils perdent alors leur forme initiale et ne sont plus en mesure de déplacer les dents. C est pourquoi, dans la confection des aligneurs, les matériaux rigides ne sont pas aussi efficaces que les matériaux élastiques. Sur le diagramme (Fig. 2), la contrainte est mesurée le long de l axe des ordonnées. Il s agit de la force en newtons (N) divisée par la surface en m 2. La déformation du matériau est mesurée le long de l axe des abscisses en pourcentage par rapport à l état initial au repos. La déformation linéaire est calculée comme étant l augmentation de la longueur ( L) divisée par la longueur initiale (L). L élasticité (module d élasticité E) d un matériau est représentée par la pente de la courbe ; il est calculé en divisant la contrainte par la déformation comme indiqué dans l équation ci-dessous. Plier, étirer ou déformer un matériau au-delà de sa limite d élasticité provoque une déformation plastique. E = (F/A)/( G/L) Il est important de comprendre que le module d élasticité est une constante du matériau qui ne dépend pas de son épaisseur ou de sa forme. Une contrainte sur un matériau donné se traduira par une déformation permanente, quelle que soient son épaisseur et/ou sa forme. Le mouvement orthodontique est provoqué par la force délivrée par le matériau élastique pour reprendre son état initial. Cette force est directement proportionnelle à la surface, au module d élasticité et à la déformation du matériau, à la condition que sa limite d élasticité ne soit pas dépassée comme le montre la figure Les auxiliaires F = AE( l/l) De nombreux types d auxiliaires peuvent être adjoints pour augmenter l efficacité du déplacement dentaire avec le système Orthocaps. L utilisation de matériaux souples et élastiques facilite également l utilisation de certains types d auxiliaires qui ne pourraient être inclus dans des matériaux rigides. Certains de ces auxiliaires, les taquets, sont représentés sur la figure Lespatinsdefriction Outre les moyens classiques, un nouveau type d auxiliaires est en cours d élaboration au centre Orthocaps en Allemagne. Ces auxiliaires dits «patins de friction» se composent d une surface texturée, de forme plate, collée sur la dent, afin d accroître

5 KHAN W. Nouveaux concepts de traitement par aligneurs : le système Orthocaps Standard Egression Redressement 257 Rotation Figure 3 Différents types de taquets. Figure 4 Modèle CFAO avec grilles de friction sur deux dents. b Figure 5 (a) Dents sans patins, (b) dents avec patins. Quasi invisibilité des patins de friction collés sur les dents. la friction entre la face interne de l aligneur et la dent. L avantage d utiliser des «patins de friction» est que ces surfaces texturées sont seulement d une fraction de millimètre d épaisseur, ce qui les rend pratiquement invisibles donc plus acceptables pour les patients. La figure 4 montre le modèle CFAO avec des patins de friction sur deux dents. Les taquets ou les patins de friction sont collés sur les dents par collage indirect. Ils sont inclus dans le premier aligneur envoyé au clinicien ; ils sont ainsi prêts pour être collés en méthode indirecte. La figure 5 montre les patins de friction placés sur plusieurs dents. Comme on peut le noter, ces patins de friction sont quasi invisibles. Ce type d auxiliaire est bien plus acceptable pour les patients qui sont en quête de traitement invisible que les autres. 11. Présentation de cas Cas n 1 Cette patiente de 33 ans présentant une béance antérieure et une endoalvéolie maxillaire a été traitée a

6 258 Orthod Fr 2014;85: avec le système TwinAligner R. L encombrement (avec rotation des incisives centrales) est considérable à l arcade supérieure. En début de traitement, la patiente est en classe II canine des deux côtés. La ligne du sourire est inesthétique du fait d un décalage vertical entre les incisives. La correction la plus complexe à obtenir est la fermeture de la béance antérieure, mais également l expansion de l arcade maxillaire indispensable pour aligner le secteur antérieur. Le traitement a été effectué en plusieurs phases (les traitements Orthocaps sont divisés en huit étapes de traitement). La patiente a porté chacune de ses gouttières pendant trois semaines (séquence de traitement standard). Des élastiques de classe II ont été portés uniquement pendant la nuit avec les gouttières nocturnes. Les rendez-vous ont été programmés selon des intervalles de six semaines et la patiente a reçu deux jeux de gouttières pour chaque période. Les patients sont informés qu ils doivent porter, idéalement, 10 heures chacune des gouttières (celle de nuit et celle de jour) soit un total de 20 h/jour. Un stripping a été réalisé tel que programmé dans le protocole (Fig. 6a) fourni par Orthocaps en début de traitement. Après chaque phase de traitement (huit étapes de trois semaines chacune), le praticien prend une nouvelle empreinte et l envoie à Orthocaps pour réévaluer le traitement. Dans le centre Orthocaps de Hamm en Allemagne, a b Figure 6 Cas n 1. (a) Protocole de stripping, (b) photographies de début de traitement.

7 KHAN W. Nouveaux concepts de traitement par aligneurs : le système Orthocaps les moulages sont analysés afin de réaliser les ajustements nécessaires et poursuivre la fabrication des gouttières pour la seconde phase. Le nombre total d étapes initialement prévues étaient de 21 pour l arcade supérieure et 22 pour l arcade inférieure sur une durée totale de 22 mois. 259 Analyse du traitement La patiente a bien coopéré ; elle est venue régulièrement à ses rendez-vous. Cependant, elle a décidé d interrompre le traitement avant la fin de celui-ci car elle était satisfaite du résultat obtenu. Les figures 6 à 11 illustrent ce traitement. Figure 8 Les différentes étapes d expansion maxillaire. Figure 7 Photographies de fin de traitement.

8 260 Orthod Fr 2014;85: Figure 9 Photographies extra-buccales avant et après traitement. Figure 10 Radiographies panoramiques avant et après traitement.

9 KHAN W. Nouveaux concepts de traitement par aligneurs : le système Orthocaps 261 Figure 11 Téléradiographies de profil avant et après traitement Cas n 2 Cette adolescente de 14 ans, en denture mixte, présente une classe I molaire, une endoalvéolie maxillaire, un encombrement incisivo-canin, une supraclusion incisive profonde et un sourire gingival. Elle est traitée avec le système Orthocaps en 16 mois. Un total de 17 étapes ont été nécessaires pour l arcade supérieure et 16 pour l arcade inférieure, ainsi qu une étape de finition. Une séquence de traitement spéciale appelée «Orthocaps MxD» (spécifique pour la denture mixte) a été utilisée ici. La patiente portait uniquement les gouttières de nuit en début de traitement. Les phases ultérieures (phase 2 et suivantes) ont été effectuées avec le système Orthocaps standard (gouttières nuit / jour) TwinAligner R. Lors de la phase «MxD» les gouttières ont été changées toutes les quatre semaines, puis toutes les trois semaines pendant la phase «TwinAligner». Une étape de finition est également nécessaire en fin de traitement. Analyse du traitement Lorsqu il s agit d enfants et d adolescents, la coopération du patient est d une importance primordiale pour réussir un traitement par un appareil orthodontique amovible. Comme cette jeune fille de 14 ans a tenu à bénéficier d un traitement sans appareils fixes, sa coopération a été excellente. Comme le montrent les figures 13 et 14, nous avons été en mesure de traiter la supraclusion incisive, de réaliser l expansion de l arcade maxillaire et ainsi de créer un espace suffisant pour aligner les dents antérieures. Stripping et placement des taquets ont été effectués selon les recommandations d Orthocaps. Les différentes étapes de traitement et le résultat final sont illustrés par les figures 12 à Conclusion Les limites mécaniques des aligneurs peuvent être maîtrisées, et l on peut déplacer les dents de façon satisfaisante, même dans les cas complexes, si les conditions suivantes sont remplies : 1. Connaissance des limites mécaniques des aligneurs. 2. Association du traitement par aligneur à d autres systèmes (mini-vis, appareils d expansion ou appareils multi-attaches de façon partielle). 3. Utilisation de matériaux thermoplastiques élastiques pour éviter une déformation plastique des gouttières et ainsi optimiser les niveaux de forces (forces légères). 4. Reproduction numérique précise des zones interdentaires afin de permettre un contact maximal aligneur-dent. 5. Adaptation de grande qualité grâce aux techniques de thermoformage sous haute pression. 6. Planification adéquate (rationalisation de la quantité de mouvement pour chaque étape). 7. Utilisation et placement appropriés des taquets et patins de friction pour augmenter l adhérence de l aligneur.

10 262 Orthod Fr 2014;85: Figure 12 Cas n 2. Photographies de début de traitement. Figure 13 Photographies de fin de traitement.

11 KHAN W. Nouveaux concepts de traitement par aligneurs : le système Orthocaps 263 Figure 14 Photographies avant et après traitement. Figure 15 Radiographies panoramiques avant et après traitement.

12 264 Orthod Fr 2014;85: Figure 16 Téléradiographies de profil avant et après traitement. 8. Aptitude du clinicien à diagnostiquer et analyser les problèmes tout au long du traitement. 9. Segmentation du traitement en différentes phases et analyse des résultats (superpositions et examens des différences) à intervalles réguliers tout au long du traitement. 10. Motivation et coopération du patient. Comme la demande et le besoin de traitement orthodontique esthétique se développent, les aligneurs deviennent une option de choix dans le répertoire orthodontique. Cependant, les inconvénients inhérents à l utilisation d appareils amovibles, tels les aligneurs, pour déplacer les dents, sont autant de défis pour en améliorer leur efficacité. Les objectifs du système Orthocaps sont d aller de l avant dans ce sens. Conflit d intérêt L auteur déclare avoir un intérêt commercial ou financier dans les produits ou les sociétés mentionnés dans cet article. Bibliographie [1] Alcañiz M, Chinesta F, Monserrat C, Grau V, Ramón A. An advanced system for the simulation and planning of orthodontic treatments. 4th Int Conf of Visualization in Biomedical Computing 1996, Hamburg. [2] Duret F, Blouin J-L, Duret B. CAD-CAM in dentistry. J Am Dent Assoc 1988;117: [3] Hemayed EE, Yamany SM, Farag AA. 3D model building in computer vision with orthodontic applications, Technical Report TR-CVIP 96, CVIP Lab., University of Louisville, [4] Kesling HD. The philosophy of the tooth positioning appliance. Am J Orthod Oral Surg 1943;31: [5] Khan W. Kieferorthopädische Behandlungen mit einem neuen Twin-Aligner-System (Orthocaps). Inf Orthod Kieferorthop 2009;41: [6] Krishnan V, Davidovitch Z. Cellular, molecular, and tissuelevel reactions to orthodontic force. Am J Orthod Dentofacial Orthop 2006;129:469e.1 469e.32. [7] McNamara JA Jr, Kramer KL, Juenker JP. Invisible retainers. J Clin Orthod 1985;19: [8] Nahoum HI. The vacuum-formed dental contour appliance. New York State Dent J 1964;30: [9] Ponitz RJ. Invisible retainers. Am J Orthod 1971; 59: [10] ProffitWR. Contemporary orthodontics. 3rd ed. St. Louis: Mosby; 2000:304. [11] Remensnyder O. A gum-massaging appliance in the treatment of pyorrhea. Dent Cosmos 1926;48: [12] Rinchuse DJ, Rinchuse DJ. Active tooth movement with Essix-based appliances. J Clin Orthod 1997;31: [13] Sheridan JJ, LeDoux W, McMinn R. Essix retainers: fabrication and supervision for permanent retention. J Clin Orthod 1993;27: [14] Zachrisson BU, Nyøygaard L, Mobarak K. Dental health assessed more than 10 years after interproximal enamel reduction of mandibular anterior teeth. Am J Orthod Dentofacial Orthop 2007;131: